设计模式（单例模式）

一 、简介

　　所谓类的单例设计模式，就是 采取一定的方法保证在整个的软件系统中，对某个类只能存在一个对象实例，并且该类只提供一个取得其对象实例的方法(静态方法)。 ​ 比如 Hibernate 的 SessionFactory，它充当数据存储源的代理，并负责创建 Session 对象。SessionFactory 并不是轻量级的，一般情况下，一个项目通常只需要一个 SessionFactory 就够，这是就会使用到单例模式。

 

二、 单例模式的五种方式

1、饿汉式

案例1 静态常量：

package com.ycdhz.design.Singleton;

public class SingletonTest01 {

    public static void main(String[] args) {
        Singleton temp01 = Singleton.getInstance();
        Singleton temp02 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(temp01 == temp02);
        System.out.println("temp01:" + temp01.hashCode());
        System.out.println("temp02:" + temp02.hashCode());
    }
}

class Singleton {
    // 构造器私有化 (防止 new )
    private Singleton() {}

    //类的内部创建对象
    private final static Singleton instance = new Singleton();

    //向外暴露一个静态的公共方法 getInstance
    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

案例2 静态方法块：

class Singleton {

    private Singleton() {}

    private static Singleton instance;

    static {
        instance = new Singleton();
    }

    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

总结：

1、这种写法比较简单，就是在类装载的时候就完成实例化。避免了线程同步问题。

2、在类装载的时候就完成实例化，没有达到懒加载的效果。如果从始至终从未使用过这个实例，则会造成内存的浪费。

3、这种方式基于ClassLoader 机制避免了多线程的同步问题，不过instance 在类装载时就实例化，在单例模式中大多数都是调用getInstance 方法，但是导致类装载的原因有很多种，因此不能确定有其他的方式（或者其他的静态方法）导致类装载，这时候初始化 instance 就没有达到懒加载的效果。

4、这种单例模式可用，但可能造成内存浪费

 

2、懒汉式

案例1 线程不安全：

class Singleton {

    private static Singleton singleton;

    private Singleton(){}

    //提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建 instance
    public static Singleton getInstance(){
        if(singleton == null){
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}

总结：

1、起到了懒加载的效果，但是只能在单线程下使用。

2、如果在多线程下，一个线程进入了if (singleton == null)判断语句块，还未来得及往下执行，另一个线程也通过了这个判断语句，这时便会产生多个实例。

3、在实际开发中， 不建议使用这种方式。

 

案例2 线程安全，同步方法：

class Singleton {

    private static Singleton singleton;

    private Singleton(){}

    //方法前加synchronized关键字解决线程安全问题，但是会增加创建的时间消耗。
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        if(singleton == null){
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}

总结：

1、解决了线程安全问题

2、效率太低了，每个线程在想获得类的实例时候，执行 getInstance()方法都要进行同步。而其实这个方法只执行一次实例化代码就够了，后面的想获得该类实例，直接 return 就行。 方法进行同步效率太低。

3、在实际开发中， 不推荐使用这种方式。

 

案例3 线程安全，双重检查：

class Singleton {

    private static volatile Singleton instance;

    private Singleton(){}

    //提供一个静态的公有方法，加入双重检查代码，解决线程安全问题, 同时解决懒加载问题。
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        if(instance == null){ // 第一次检查
            synchronized (Singleton.class){
                if(instance == null){ // 第二次检查
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

总结：

1、线程安全， 延迟加载，效率较高。 通过Double-Check 概念是保证了线程安全，如代码中所示，我们进行了两次 if (instance == null)检查

2、在实际开发中， 推荐使用这种单例设计模式总结 。

 

3、静态内部类

案例1：

class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;

    private Singleton() {}

    //写一个静态内部类,该类中有一个静态属性 INSTANCE。
    private static class SingletonInstance {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    //提供一个静态的公有方法，直接返回 SingletonInstance.INSTANCE。
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        return SingletonInstance.INSTANCE;
    }
}

总结

1、这种方式采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程。

2、静态内部类方式在 Singleton 类被装载时并不会立即实例化，而是在需要实例化时，调用 getInstance 方法，才会装载 SingletonInstance 类，从而完成 Singleton 的实例化。

3、类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化，所以在这里，JVM 帮助我们保证了线程的安全性，在类进行初始化时，别的线程是无法进入的。

4、避免了线程不安全，利用静态内部类特点实现延迟加载，效率高，推荐使用。

 

4、枚举

package com.ycdhz.design.Singleton;

public class SingletonTest07 {

    public static void main(String[] args) {
        Singleton instance = Singleton.INSTANCE;
        Singleton instance1 = Singleton.INSTANCE;
        System.out.println(instance == instance1);
    }
}

enum Singleton {
    INSTANCE; //属性
}

总结：

1、其底层是依赖 JDK1.5 中添加的Enum类实现的，枚举类的成员变量其实都是静态类型的，并且是在静态代码块中实例化的，有点像饿汉模式，也是天然线程安全的。不仅能避免多线程同步问题，而且还能防止反序列化重新创建新的对象。

2、推荐使用。

 

5、ThreadLocal

public class Singleton{
    
    private Singleton(){}
    
    // 使用ThreadLocal实现线程安全的单例
    private static final TheadLocal<Singleton> instance= new ThreadLocal<Singleton>(){
        @Override
        protected Singleton initialValue(){
            return new Singleton();
        }
    };
    
    public static Singleton getInstance(){
        return instance.get();
    }
}

总结：

1、ThreadLocal会为每一个线程提供一个独立的副本，在多个线程对数据的访问相互独立。

2、根据实际情况选用。

 

三、 总结

1、单例模式保证了系统内存中该类只存在一个对象，节省了系统资源，对于一些需要频繁创建销毁的对象，使用单例模式可以提高系统性能。

2、当想实例化一个单例类的时候，必须要记住使用相应的获取对象的方法，而不是使用 new。

3、单例模式 使用的场景：需要 频繁的进行创建和销毁的对象、创建对象时耗时过多或耗费资源过多(即：重量级对象)，但又经常用到的对象、 工具类对象、频繁访问数据库或文件的对象(比如 数据源、session 工厂等)。